车架结构疲劳寿命仿真预测(附件)
为了保证车架结构在受载时有足够的可靠性及疲劳强度以避免产生破损和满足轻量化的要求，本文以某款厢式货车的车架为对象进行疲劳分析。先在三维软件Pro/E中建立车架的三维模型，将其导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中进行静力学分析，得出车架在两种典型工况下的应力和应变分布文件，再将上述文件导入nCode Designlife软件或模块中结合材料SN曲线对车架进行疲劳分析。经过软件疲劳分析最终得出了车架的寿命云图和破损云图，确定了车架的易破损部位以及部分危险节点的循环次数。关键词 车架，疲劳寿命分析，有限元分析，nCode Designlife
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3 汽车车架介绍 2
1.4 主要设计内容 3
2 车架三维模型的建立 3
2.1 车架分类及设计要求 3
2.2 车架三维模型的建立 4
2.3 小结 6
3 车架有限元分析 6
3.1 有限元概述 6
3.2 车架有限元分析 8
3.3 有限元分析结果 12
4 车架疲劳分析 13
4.1疲劳寿命分析方法确定 13
4.2 车架寿命仿真参数确定 14
4.3 车架疲劳寿命仿真建模与分析 14
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 引言
1.1 课题研究背景
汽车工业目前正在迅速发展，厢式货车、重型挂车、自卸车、煤矿车等等由于其运输成本较低、时间较短等一系列特点，使其在长途货物等的运输中起到的作用尤为突出，越来越广泛地被投入使用，它们在道路上行驶的汽车中所占的比例也越来越大，成为公路货运的主要形式，因此对于国民经济的生长具有不可忽略的作用。由于是货物运输，大部分情况下多数商家为节省运输成本、提高效率，使其在长途运输中经常处于超载状态，这里就存在着很大的道路安全隐患。据不完全统计，生产生活中50%90%的机械零件会由于长期承载疲劳而产生破坏 [ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1]。车架，作为汽车零部件中长时间受较大载荷，且较为复杂的一个构件，是最主要的装配基体及承载件，支撑着如驾驶室总成、悬架、底盘部件等总成负荷，同时车架承载着不平路面传递过来的各种复杂载荷与振动，由此对车架的结构强度性能要求十分严格。
实际的工作过程当中，车架无时无刻不在承受着各种复杂的工况，再加上不平路面传递给车架的振动冲击，使得这一结构很容易发生疲劳损伤，因此，选取运输货车的车架为研究对象进行疲劳寿命的仿真预测对使用方的经济成本、运输效率、其他道路受用者的安全以及日后采取的针对措施等等方面都比较有意义。
1.2 国内外研究状况
目前在零部件的力学强度分析以及疲劳寿命分析方面，有限元技术由于操作简便，并且为其运算仿真提供了先进的手段，因而运用较广泛。运用有限元技术可以不用顾忌车架形状的复杂性、承受负载的多变性从而对其强度和刚度进行分析研究。
从90年代至今，有限元被广泛利用的例子不胜枚举。例如美国著名的通用汽车公司成功独立开发了基于有限元技术的后处理程序，将发动机和道路载荷集成整合后输入到数据库中，使得分析过程变得简单[2]。日本某一工程师在1970年左右创造性地提出了一种全新的可靠性设计思想——Robust，随即在相关可靠性领域内广受推崇，被各大研究人员与厂商采用，全社会都取得了较好的效应。这无疑在产品质量方面的一次质的飞跃。美国福特汽车公司也采用CAE技术来改善NVH性能，效果显著。
在国内，石家庄铁道大学的李鹏飞[3]在其发表的期刊论文中，作者选取的建模软件为CATIA，首先在根据二维图纸上的尺寸及相关参数建立车架以及推力杆的三维模型。随后在Hypermesh中建立了含副车架、推力杆等部件的车架有限元模型来进行分析仿真，其钢板弹簧采用线弹簧来模拟模型。选择车架代表性的弯曲工况和弯扭工况下进行强度校核分析。再结合Adams/Car的动力学仿真获得的载荷谱文件一同导入到Fatigue中疲劳分析进而得到的循环情况和寿命较低的区域。
江苏大学的孙亚龙、曾发林[4]选取商用车的重要承载结构件车架作为研究对象，利用模拟应力恢复法在疲劳软件中分析车架的疲劳寿命及损伤节点，方便在商用车设计阶段对其车架进行有效的疲劳预测，为后续进一步的耐久性设计和试验提供依据。
湖南大学的孙天[5]以某重型商用车的车架为疲劳分析对象，将试验法与虚拟仿真相结合，预测车架疲劳寿命及轻量化设计。通过实际路试收集到各部位应力分布数据，其次进行动力学仿真得到载荷历程，最后结合车架材料SN曲线来分析车架的疲劳寿命。
重庆大学的包中良[6]选取某商用车的车架作为研究对象，运用三维软件CATIA来建立好车架的三维模型后将其导入有限元软件进行后续的几何模型简化处理等等，根据实际车架在弯曲、扭转工况下的受力和约束情况对车架进行静力学性能的分析，之后设计台架试验进行仿真来验证有限元结果是否准确。随后结合材料的SN曲线、载荷情况进行疲劳寿命仿真。
北京理工大学的郜慧超[7]首先通过道路试验获取某重型载货汽车车架的边界动载荷作为疲劳寿命分析的载荷谱输入。然后导入三维车架模型到ANSYS软件对车架进行静强度分析，将载荷谱、有限元分析结果和材料的SN曲线输入到疲劳软件nCode Designlife进行车架的疲劳仿真分析。
1.3 汽车车架介绍
车架支撑着汽车上的各个零部件及总成，是整个汽车的组装基体，车架承载着发动机、变速器、驾驶室总成、传动系等总成的载荷，并在汽车行驶过程中承受传递过来各种力及力矩（包括动载荷和静载荷）[8]。边梁式车架的组成一般包括两根纵梁、位于中间的横梁以及一些用于连接钢板弹簧或者悬架的支架。除此之外，为保证蓄电池与油箱等部件的连接紧固，车架上还焊接或者铆接有若干支架。
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3 汽车车架介绍 2
1.4 主要设计内容 3
2 车架三维模型的建立 3
2.1 车架分类及设计要求 3
2.2 车架三维模型的建立 4
2.3 小结 6
3 车架有限元分析 6
3.1 有限元概述 6
3.2 车架有限元分析 8
3.3 有限元分析结果 12
4 车架疲劳分析 13
4.1疲劳寿命分析方法确定 13
4.2 车架寿命仿真参数确定 14
4.3 车架疲劳寿命仿真建模与分析 14
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
1 引言
1.1 课题研究背景
汽车工业目前正在迅速发展，厢式货车、重型挂车、自卸车、煤矿车等等由于其运输成本较低、时间较短等一系列特点，使其在长途货物等的运输中起到的作用尤为突出，越来越广泛地被投入使用，它们在道路上行驶的汽车中所占的比例也越来越大，成为公路货运的主要形式，因此对于国民经济的生长具有不可忽略的作用。由于是货物运输，大部分情况下多数商家为节省运输成本、提高效率，使其在长途运输中经常处于超载状态，这里就存在着很大的道路安全隐患。据不完全统计，生产生活中50%90%的机械零件会由于长期承载疲劳而产生破坏 [ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1]。车架，作为汽车零部件中长时间受较大载荷，且较为复杂的一个构件，是最主要的装配基体及承载件，支撑着如驾驶室总成、悬架、底盘部件等总成负荷，同时车架承载着不平路面传递过来的各种复杂载荷与振动，由此对车架的结构强度性能要求十分严格。
实际的工作过程当中，车架无时无刻不在承受着各种复杂的工况，再加上不平路面传递给车架的振动冲击，使得这一结构很容易发生疲劳损伤，因此，选取运输货车的车架为研究对象进行疲劳寿命的仿真预测对使用方的经济成本、运输效率、其他道路受用者的安全以及日后采取的针对措施等等方面都比较有意义。
1.2 国内外研究状况
目前在零部件的力学强度分析以及疲劳寿命分析方面，有限元技术由于操作简便，并且为其运算仿真提供了先进的手段，因而运用较广泛。运用有限元技术可以不用顾忌车架形状的复杂性、承受负载的多变性从而对其强度和刚度进行分析研究。
从90年代至今，有限元被广泛利用的例子不胜枚举。例如美国著名的通用汽车公司成功独立开发了基于有限元技术的后处理程序，将发动机和道路载荷集成整合后输入到数据库中，使得分析过程变得简单[2]。日本某一工程师在1970年左右创造性地提出了一种全新的可靠性设计思想——Robust，随即在相关可靠性领域内广受推崇，被各大研究人员与厂商采用，全社会都取得了较好的效应。这无疑在产品质量方面的一次质的飞跃。美国福特汽车公司也采用CAE技术来改善NVH性能，效果显著。
在国内，石家庄铁道大学的李鹏飞[3]在其发表的期刊论文中，作者选取的建模软件为CATIA，首先在根据二维图纸上的尺寸及相关参数建立车架以及推力杆的三维模型。随后在Hypermesh中建立了含副车架、推力杆等部件的车架有限元模型来进行分析仿真，其钢板弹簧采用线弹簧来模拟模型。选择车架代表性的弯曲工况和弯扭工况下进行强度校核分析。再结合Adams/Car的动力学仿真获得的载荷谱文件一同导入到Fatigue中疲劳分析进而得到的循环情况和寿命较低的区域。
江苏大学的孙亚龙、曾发林[4]选取商用车的重要承载结构件车架作为研究对象，利用模拟应力恢复法在疲劳软件中分析车架的疲劳寿命及损伤节点，方便在商用车设计阶段对其车架进行有效的疲劳预测，为后续进一步的耐久性设计和试验提供依据。
湖南大学的孙天[5]以某重型商用车的车架为疲劳分析对象，将试验法与虚拟仿真相结合，预测车架疲劳寿命及轻量化设计。通过实际路试收集到各部位应力分布数据，其次进行动力学仿真得到载荷历程，最后结合车架材料SN曲线来分析车架的疲劳寿命。
重庆大学的包中良[6]选取某商用车的车架作为研究对象，运用三维软件CATIA来建立好车架的三维模型后将其导入有限元软件进行后续的几何模型简化处理等等，根据实际车架在弯曲、扭转工况下的受力和约束情况对车架进行静力学性能的分析，之后设计台架试验进行仿真来验证有限元结果是否准确。随后结合材料的SN曲线、载荷情况进行疲劳寿命仿真。
北京理工大学的郜慧超[7]首先通过道路试验获取某重型载货汽车车架的边界动载荷作为疲劳寿命分析的载荷谱输入。然后导入三维车架模型到ANSYS软件对车架进行静强度分析，将载荷谱、有限元分析结果和材料的SN曲线输入到疲劳软件nCode Designlife进行车架的疲劳仿真分析。
1.3 汽车车架介绍
车架支撑着汽车上的各个零部件及总成，是整个汽车的组装基体，车架承载着发动机、变速器、驾驶室总成、传动系等总成的载荷，并在汽车行驶过程中承受传递过来各种力及力矩（包括动载荷和静载荷）[8]。边梁式车架的组成一般包括两根纵梁、位于中间的横梁以及一些用于连接钢板弹簧或者悬架的支架。除此之外，为保证蓄电池与油箱等部件的连接紧固，车架上还焊接或者铆接有若干支架。
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